物理科

冬至的晚上，媽媽特地做了一道拿手菜餚麻油雞給家人驅寒補身子，陣陣香味撲鼻，看著放在桌上已數十分鐘的麻油雞，我的肚子唱起空城計來，於是趁著媽媽不注意的時候，就大口的喝一口湯，哇！好燙喔！舌頭被燙得紅紅的，好難過！隔天到學校問老師：「為什麼熱開水放數十分鐘後就冷卻許多，而麻油雞湯過了這麼久，還是那麼燙？」老師說：「這可能是和水中加油脂，容器大小與材質有關係吧！」老師的回答引起我進行這個實驗的興趣，希望找出答案來。

將氣球拉長時，其溫度會上升，放鬆時溫度會下降至比原溫度還低。我們猜測拉長時溫度會升高，是因為力學能轉變成熱能，而放鬆時溫度會下降，是因為熱能轉變成力學能。後者是比較少見的現象，所以吸引我們的注意。在研究過程中發現記憶金屬所製之眼鏡腳，也有相同的性質－－將它彎曲後溫度會升高，而放鬆時溫度也會下降，於是決定亦仔細觀察此現象。研究發現：\r 一：氣球伸長至固定長度，停留不同的時間後放鬆，停留越久，會下降至越低的\r 溫度。\r 二：氣球負載重物加熱後，會使平衡點上升。\r 三：將氣球拉長固定長度後，加熱後再釋放，彈回去的振幅較大。\r 四：氣球拉到定長後，加熱可使其張力增大。\r 五：將眼鏡腳彎曲後加熱，加熱可使其應力增大。

Rattleback（又名 Celt Stone）為一橢圓形底面之物體，當往某個特定的方向旋轉後，它會開始上下震盪，然後再朝相反的方向旋轉。逆轉原因來自動摩擦力之分力所造成的力矩，此分力與接觸面摩擦係數有關，在某些條件下會產生最佳逆轉效果。我們以自己所製作的模型，來分析各種變因與逆轉效果的關係。並觀測到運動過程中，其對稱中心在 X、Y 兩方向的震盪振幅會隨時間呈現收斂的狀態，軌跡呈現出「帶阻尼的利薩求圖形」。

本研究深入探討影響骨牌倒下的原理，發現要使骨牌倒下，施給骨牌的外力(F)x擊中點高度(h)，其力矩要大於重力Gx底面厚度的一半(1/2 S)，也就是Fxh > mgx1/2 S。另外，經過高速攝影機的拍攝分析，我們了解每塊骨牌倒下時，具有的動能都比前一塊骨牌大，速度也會越來越快，且就單塊骨牌來說，轉動速度也是越來越快的。撞擊力道越強，倒下的總時間越短，但撞擊力道會被每塊骨牌的抗力所抵銷，在骨牌3撞擊4之後即不受撞擊力道影響。骨牌越重，倒下時產生的力矩越大，倒下時間越短。骨牌大小比例以6:3:1最好，可以兼具速度與穩定性。重心降低、間距縮小，是爬坡成功的主要關鍵。間距為前一塊骨牌高度0.35倍~0.75倍，足以推倒實驗中不同質量的骨牌，其中間距為0.5倍高度產生的力矩最大。

隨著大眾對生活品質的要求逐漸提升，有關防噪音的裝置已成為生活上不可或缺的設施。本研究在藉由對古代「空甕砌牆」隔音技術之文獻探討後，以探究空甕外部及內部的相關因素之隔音效果。研究結果顯示，空甕數量愈多、空甕厚度愈厚、甕口口徑愈大時，會有較佳的隔音效果，在空甕的擺放位置上以×字形的隔音效果較好，甕口的形狀上以正方形的隔音效果較好，空甕內填塞物的空隙率愈小隔音效果會較好，空甕間有連通也會有較佳的隔音效果。最後我們也建議，日常生活中有許多類似空甕的物品也可環保回收拿來替代價錢比較貴的空甕，除了可做為隔音牆使用之外，也可設計成裝置藝術做為美化環境用。

關於駐波：如果拉緊的繩左端以正弦震盪，而另一端固定，則此震動會沿著繩子像又送出一連續的行進波。波的頻率即震動的頻率。此波在固定端反射，向左回轉行進通過他自己。向右的波和向左的波便互相干涉。在某頻率下，此干涉會產生一駐波形式。但在高中課本之中只有討論以上所述之繩波，和水波槽中關於兩點波源所產生的駐波，而我們感興趣的是──三個、四個波源呢？而且現實狀況之中的波的振幅也並非是永遠保持不變。我們先利用電腦模擬兩個、三個及四個點波源產生的駐波。而後再用四個實驗，分別是一至四個點波源的水波槽實驗，我們利用馬達的震動產生水波，用投影機從水波槽的下方將水波投影至牆壁上，再用數位相機照下。現在高中課本中介紹節線及水波時，理論的推導都是沒有計算到水波振幅隨著距離波源的遠近而隨之有的衰減，而我們將實驗跟兩種理論的結果作比較，發現波源數在偶數時，有無衰減所造成的節線形狀略有差異，而波源數三個時，很明顯的可以發現當考慮到衰減時，節線數會變的較少。我們推測這是因為三點波源節線的決定並不是單純因為相位差為半個波長的關係，而同時與振幅也有一定程度以上的相關性。

在網路上看到機器鼠的影片，我們覺得很有趣。因此我們決定自己動手製作會動的機器顫鼠。我們動手完成顫鼠的前、後腳及身體，使機器顫鼠成為不掛輪子卻能前進。中間，我們遇到各種問題。因為沒有解決策略，我們不斷觀察異象、察覺問題，完成時還會遇到功能性不完整的問題，讓我們在過程中必須尋找解決的策略以突破困境。我們得到結論：(1)重心愈往前，機器顫鼠到達終點的速度越快。(2)顫鼠後腳材質是菜瓜布最快，毛巾布料次之，橡皮最慢。(3)後腳底部貼120號或是320號砂紙時，前進速度最快。(4)旋轉臂的長度愈短時，前進速度越快。(5)前腳寶特瓶直徑7.7cm、8.8cm時，彈力大，則前進速度最快。(6)墊片愈多，旋轉臂甩動的力量愈大，離心力愈大，則前進速度越快。

本系統設計的目的有兩個方向：1.學生自我輔導由於微電腦年來逐漸普及，不久的將來每一所學校都將擁有一間電腦教室，如果有一天，有一位叫李四的學生，他在課堂上剛學過國中物理第x 章，他不知道自己到底學得怎麼樣！問題在那裹？於是他利用自修時問，到電腦教室，他先到資料管理室借到了第 x章的學習障礙分析磁片，在電腦前他作答了將近十幾個經過特別設計的題目，最後電腦送出了一張報表告訴他此章節的成績，以及他在這章節中沒有學習好的地方如P9、10，並告訴他如何補救，並建議他進一步接受單元輔助教學！於是李四注意到在報表中所列的學習障礙中有一個 y單元的確令他頭疼，於是他又出現在資料管理室，除了歸還學習障礙分析磁片，他又借出了y 單元的輔教磁片，這個活動他最喜歡，就像以前打電動玩具一樣，非常精彩，而且電腦非常有耐性的反覆演示他比較不懂的地方，半小時後李四已經很愉快的在操場打球了，因為今天上的物理他已有十成的把握了！2.實際教學上的應用：教師在課堂上教完一個章節後，便可在電腦教室為學生們作學習障礙分析活動，作完後可再利用電腦產生一張該班學生學習障礙的統計圖(如圖 281 頁附圖)。從這圖上，教師可 看出他的學生在這一章節中普遍及各人的學習障礙在那裹，以作為再教學的參考，進一步再指導學生針對學習障礙，作團體或個別的輔助教學，更可從鋪助教學巾看到學生學習的流程，以及積分，如此教師就幾乎可完全掌握學生的學習狀況了！在目前，祇要校中有一套微電腦，教師就可充份利用電腦輔教系統，以解決教學上一些不容易在教室或實驗室演示的實驗的問題，並可利用輔教系統中精彩的畫面與聲音，引起學生們學習的興趣！

四年級的校外教學日，我們去參觀淡水紅毛城。附近許多攤販競賣淡水名產一阿婆鐵蛋。一顆顆的鐵蛋又硬又鹹，大家都很好奇：「為什麼一顆大大的雞蛋會變得小小的呢？」大家紛紛請教老師，老師建議我們動手做實驗來了解蛋的秘密。

有一天，我陪懷孕中的阿姨到醫院做產檢，看到醫師利用“超聲波”，竟然可以穿過身體、透視內部，見到才剛成形的胎兒，實在令我百思不解。回到學校我迫不及待的和同學討論，我們都覺得十分好奇，便一起去請教老師。老師帶我們到實驗室，並且利用聲頻產生器、示波器及喇叭讓我們看到各種頻率的波形，並且聽聲音；頻率愈高，聲音愈刺耳，直到聲頻產生器上的刻度顯示大約 20000Hz時，我們竟然聽不到了，老師說這就是超聲波。為了讓我們能夠比較可聽波及超聲波的不同，老師接上第二台聲頻產生器，並把頻率調到大約 19900Hz ，原來那一台仍維持不變，原本以為只會聽到可聽波 19900Hz 的刺耳聲音，沒想到卻聽到一個 “低沈 ”的聲音，老師好像想到什麼事情似的，急急忙忙的從 199900Hz 調到 20100Hz ，這時，不可思議的事情發生了，我們竟然“聽到超聲波” 了！ ?